TW558890B - Echo channel estimation mechanism applied in ADSL - Google Patents

Description

558890 五、發明說明（1) 非對稱數位用戶（ADSL)是在雙絞線迴路操作 據通訊，由於ADSL㈣機的傳送端和雙絞線 配，以成部分傳輸信號由混合電路（hybrid circui t)^ 回之迴波或由連結的遠端收發機反射回來之迴波 發送機傳輸的信號迴授至近端C〇—丨―^ 的不口需要之洩漏，會干擾欲接收信號。 ADSL standard中有兩個操作模式，分頻多工模式 (frequency-division —multiplexed ;FDM m〇de )和迴波 消除模式（Echo-Canceller ; EC m〇de)，用以處理迴授之 迴波。在FDM模式，上傳（upstΓeam)的頻帶和下傳 (downstream)的頻帶是完全分離的，因此傳輸路徑耦合至 接收路徑的迴波可有效減到最低，在EC模式，數據機&用 之上傳頻帶和下傳頻帶是重叠，以增加下傳資料傳輸量，因 此不可避免耦合的迴波，需要有效的迴波消除機制。， 習知的方法是在時間域以有限脈衝響應濾波器 (finite impulse response FIR)消除迴波。第一圖是說 明另一種有效的架構，同時操作在時間域和頻率域雙域 效減少計算複雜度而在硬體上可實際完成。 ’ 頻率域迴波通道預估1丨5的功能方塊是在訓練模式起 始期間預估迴波通道的頻率響應，此ADSL standard訓練模 式期間沒有遠端信號傳輸至接收端，此迴波路徑是由傳輸 濾波器104,數位類比轉換器（DAC)105,混合電路（hybrid circuit)106,類比數位轉換器（ADC)107,接收濾波器1〇8， 時間域等化器（TEQ) 109組合而成。訓練模式期間傳輸一週

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期信號，選擇開關11 2是在位置1，一適應性演算法使用頻率 域傳輸信號X ( f )和頻率接收信號D ( f )產生頻率域預估 迴波通道響應W( f )。訓練模式期間結束時，將頻率域預估 迴波通道響應以逆快速傅利葉轉換（IFFT)l 16轉換成時間 域預估迴波通道響應W(t)。 時間域合成迴波複製11 7的功能方塊執行時間域傳輸 信號X ( t )和時間域預估迴波通道響應w ( t )的旋轉積分 (convolution),合成迴波複製，同時，接收端接收一遠端信 號，選擇開關112是在位置2,此接收到的信號S(t)減去此合 成之迴波複製可得到一迴波移除信號d(t),此信號接近欲 接收之遠端信號。 第2圖是第1圖中習知頻率域迴波通道預估115的功能 方塊圖，其調整方法是基於最小平均平方法 (Least-mean-square LMS)之適應性演算法。傳輸的週期 信號X(f)由儲存和複製功能方塊2〇1重複k次形成重複信號 ΧΛ(ί)，β(ί)是實際的頻率域迴波信號。習知LMS演算法如 下： Y(f)= Χ,(ί) · W〇(f) (eql) E(f) = D(f) -Y(f) (eq2) W(f )= W〇(f )+ β · E(f ) · X；(f ) (eq3) W〇(f)是前一次迭代的預估迴波通道頻率響應，由乘法器 202將重複信號Χ<(ί )和WQ(f )相乘可得出迴波複製信號 Y(f)，由減法器203將實際的頻率域迴波信號D(f)減去頻率

0702-6325TW ： 90P54 ： riiu.ptd 第5頁 558890 五、發明說明（3) 二迴J複製信號Y⑴可得出一誤差信號E⑴，誤差信號 =乘法謂4,乘法器2Q5和步階因數"及重複信號X «()相乘，用以得出用預估迴波通道頻率響應的更新項信 旒，由eq3得知藉由加法器2〇6可將預估迴波通道頻率響應 的更新項信號和前一次迭代的預估迴波通曰 =相加，得出仙是經過—次迭代後更新的預估^料 頻率響應，每一個時框都執行迭代而經過一定次數迭代產 i =7預估迴波通道頻率響應係數，其儲存在隨機存取記 懦體2 0 7。 由第2圖可得知，此習知預估機制需要三個乘法 必須在頻率域作複數運算，非常消耗硬體和電力，而且，需 ^外的記憶體儲存X⑴以補償X⑴和D⑴之間的時間延 為改善上述缺點，本發明修改上述的演算機制以減 硬體消耗和運算量。將上述頻率域信號的能量轉化成冪次 :，Λ相法位遂特/由正負號和零號表示，如此，上述頻率域信 號的乘法運算就可由加減法器和移位暫存器代 :=，暫步二因Λ轉Λ成幂次值，其乘法運算可由⑽^ 和移位暫存器取代乘法器。 根據上述取代乘法器的方法，本發明提出一頻率域 ^性迴波預估裝置，其中包含：―符號取出器用以车取域出的一 號的符號;一複製和儲存器用以接收和複製 幂次值與符號;第一運算器，其包含一加 ：號

0702-6325TWF ； 90Ρ54 ； rliu.ptd 558890 五、發明說明（4) i m接收預估的迴波通道頻率響應係數，並且由上述 存器的上述接收頻率域信號之幂次值控制上述移 太丄Λ / 伐队殒手域彳5唬的符號控制上述加減法器 ί=ί;波複製;一減法器由實際頻率域迴波信號減 =述頻率？迴波複製信號，產生誤差信號;遠端信號移除 述減^的誤差信號或上述遠端信號移除器= 口唬，步1^因數儲存器用以儲存步階因數之冪次值；第 ,運算器’其包含一加減法器和一移位暫存器用以接收上 =選擇開關選定的誤差信號，由上述複製和儲存器頻率域 1號之幂次值和上述步階因數的幂次值控制上述移位暫存 器’上述接收之頻率域信號的符號控制加減法器，產生預估 的迴波通道頻率響應之更新項信號；一加法器由前一次預 估迴波通道頻率響應係數加上預估的迴波通道頻率響應之 更，項信號，產生下一次迴波通道頻率響應係數；一隨機存 取圮憶體用以儲存上述前一次迴波通道頻率響應係數和上 述下一次迴波通道頻率響應係數。 圖式簡單說明 第1圖係習知時間域和頻率域雙域的迴波通道消除架 第2圖係習知頻率域預估迴波通道之LMS演算法； 第3圖係ADSL standard中相關操作的時框圖； 第4圖係本發明頻率域預估迴波通道之方塊圖； 第5圖係本發明遠端信號移除之方塊圖；

0702-6325TW ； 90P54 ； rliu.ptd 第7頁 558890

五、發明說明（5) 符號說明 1 01〜傳輸記號； 1 0 2〜傳輸端逆快速傅 1 0 3〜加前循環記號； 104〜傳輸端濾波器； 1 0 6〜混合電路； I 0 8〜接收端濾波器； II 0〜除去前循環記號 11 2〜選擇開關； 114〜頻率域等化器； 11 6〜逆快速傅利葉轉 11 7〜時間域迴波複製 11 8〜迴路通道； 202〜乘法器； 204〜乘法器； 206〜加法器； 208〜步階因數儲存器 401〜符號取出器； 4 0 3〜加減法器和移位 404〜減法器； 406〜選擇開關； 407〜加減法器和移位 4 0 8〜加法器； 410〜步階因數儲存器 利葉轉換； 105〜數位類比轉換器； 1 〇 7〜類比數位轉換器； 1 0 9〜時間域等化器； ;111〜加法器； 113〜接收端傅利葉轉換； 115〜頻率域迴波通道預估 換； 合成； 2(Π〜儲存和複製； 2 〇 3〜減法器； 205〜乘法器； 207〜隨機存取記憶體； ;209〜取出共軛數； 402〜複製和儲存器； 暫存器； 405〜遠端信號移除器； 暫存器； 409〜隨機存取記憶體； ;5 0 1〜擬亂數下傳碼產生器；

0702-6325TWF ； 90Ρ54 ： rliu.ptd 第8頁 558890 發明說明（6) 5 0 2〜加減法 5〇3〜減法器；和移位暫存器； 504〜加減法 505〜加法器和移位暫存器； 〜步階506〜隨機存取記憶體； 實施例說^因數儲存器。 為改善習知 制以減少硬栌、、，技術缺點’本發明修改習知技術的演算名 (η力刮綠u消耗和運算量，修改的演算機制如下： u)在訓練模式s 幕次值"M飞期間，傳輸信號的constel lat ion值是2 έ 1 χ > ο χ # 〇()疋義如下X(f) = Sgn(Xg(f))*2a 其中 sgn(x)= 〇 -1 χ < 〇

Xg ( f )是預先定義的序列， a是一正整數，取決於傳輸信號之平均功率，a值的選 擇有兩個準則，一是訓練期間X(f)的功率應相似於其他狀 I、’ 一疋應滿足自動增益控制（auto gain control AGC ) 電路的限制。

(2)步階因數a也是設定成2的冪次值”b” ，b是一正整 數0 (3)訓練期間結束時，已經產生迴波移除信號d(t) 〇 d(t)包 含從ATU-C端的遠端信號，在show time也就是傳輸資料和接 收資料時期，其會千擾預估迴波通道，必須有一合適機制

0702-6325T1VF ； 90P54 ;rliu.ptd

558890 五、發明說明（9) C(f)=P(f) · H(f ) = sgn(P(f )) · 2° -H〇(f) (eq8) E (f ) = D(f )-C(f) (eq9) H(f )= H〇(f )+ /z2 · e，（f ) · P*(f ) =H0(f) + 2C · E，（f ) · sgn(P(f))* (eqlO) 硬體實現方式是以定點數的複數運算。因此eq8的 P(f) ·Η(〇的乘法運算可以由加減法器和移位暫存器5〇2 的加減法代替，用以接收預估目標通道頻率響應係數 H〇(f)，由擬亂數下傳碼產生器5〇1的3211(?(〇)控制加減法 器和移位暫存器50 2的加減法代替，產生頻率域目標通道合 成信號C(f )。

eql 0中目標通道頻率響應係數的更新項是由加減法§ 和移位暫存器504取代，加減法器和移位暫存器4〇7用以接 收減法器503的誤差信號E(f),由步階因數&的冪次值c控 制移位暫存器，擬亂數下傳碼產生器5〇1的sgn(p(f ^控制 加減法器，產生預估的目標通道頻率響應之更新項信號。 如第4,5圖所示此架構不需要乘法器（由加減法器和老 位暫存器代替）。而且和第2圖（其中需要整個儲存x(f)值 比較，只需要儲存X(f)的正負號代替x(f)。因此可節省全 用以多硬體和用以儲存X(f)之記憶體。而且

==在硬體實現上時間餘裕可以増加這 可操作在更高之速度。 个 =本發明如此的敘述，很明顯地相同的東西在許多戈 會更改这樣的變化並不視為脫離本發明的精神和 而且所有這樣的修正將被包括在以下的巾 ， # μ r的τ %專利範圍内。

Claims (1)

1. 558890 申請專利範圍 1· 一頻率域迴波通道預估裝置，其 -符號取出器』以取出一接收頻二 一複製和儲存器，用以複製上“號的符號； 號，產生上述接收頻率域信號之冪次值項率域信號之符 -第-運算器，其包括：加減：器; =-運算器之移位暫存器用以接收—預估移位暫存器，上 ί ; ί : ΐ ’並且由上述複製和儲存器的上述接坦收Λ道: 、唬之幂次值控制上述第一 上忒接收頻率域 收頻率域信號的符號控制上述三 ^暫存器；上述接 生頻率域迴波複製信號； 運算器之加減法器，產 访、tϊ ΐ器，由實際頻率域迴波信號減去上述頻率μ、口 波複製信號，產生一誤差信號· 方上述頻率域迴 一步階因數儲存器 第二運糞n / 儲存步階因數的冪次值； 第二運笪II夕：，丨包括一加減法器和一移位暫存器上述 第算 移位暫存器用以接收上述減法器的誤差俨轳 ，由上述複製和儲存器艇盘Α窃的誤差仏號 數的幂次值控制上述第運上述步階因 t ^ 、乐一運算器之移位暫存器上械垃你 信ΐ的符號控制上述第二運算器之加減法器產 生預：的巧通道頻•響應 < 更新項信號；， 預估：；ί ϊ ’道由頻上率述響^ l 警應之更新項仏號，產生下一次第一 一接收之預估的迴波通道頻率響應係數；以及 率響應m:己憶體，用以儲存上述預估的迴波通道頻 "、糸數和上述下一次第一運算器所接收之預估的迴 波

   六、申請專利範圍 通道頻率響應係數。 2. 一頻率域迴波通道預估方法，苴 a. 啟動迴波通道訓練模式設定 ι 3下列步驟： 響應係數的初始值； Λ，”又疋預估的迴波通道頻率 b. 取出接收頻率域信號的符號. 號之上述接收頻率域信號，產生上述接收頻率域信 d. 由一第一運算器的移位 頻率響應係數，由上述接收頻率暫域存彳^妹接收預估的迴波通道 第一運算器的移位暫存器上桩之幂次值控制上述 制-第-運算器的加S，器上域信號的符號控 e. 實際頻率域迴波信號減秦\域迴波複製仏號； ，產生誤差信號； η,,去上述頻率域迴波複製信號 *上述接收ϊ率上述誤差：號’ 符號控制-器，上述接收頻率域信號的 頻率響應之Li:;的加減法器，產生預估的迴波通道 g·上述預估的迴波通道 波通道頻率響應之更新項信加上m的迴 接收之，迴波通道頻率響應係生二广運算器所 的迴波通道頻率=則回到步紙否則停止更新預估 3·頻率域迴波通道預估裝置，其中包含：

   558890 1 六、申請專利範圍 一符號取出器，用以 " 一複製和儲存器，用接收頻率域信號的符號； 號，產生上述接收頻率域 上述接收頻率域信號之符 -第一運算器，其次值； 述第-運算器之移位暫存器用:減法二和-移位暫存器，上 率響應係數，ϋ且由上述複製 收-預估的迴波通道頻 仏號之幂次值控制上述第一々^子的上述接收頻率域 收頻率域信號的符號控制上述：暫存器，上述接 生頻率域迴波複製信號； 連异器之加減法器，產 一減法器，由實際頻率域 、 波複製信號，產生一誤差信號· θ ’減去上述頻率域迴 一遠端信號移除器，用以移 差信號； *疋编“旎並產生遠端誤 一選擇開關，用以選擇上述減 遠端信號移除器的遠端誤差信號· 、％ ^號或上述 :步=數儲存器，用以儲存步 第二運算器，其包括一加減法器和一移位 组呈户站丄 仔器用以接收上述選擇開關所選定的 =仏號，由上述複製和儲存器頻率域信號之冪次值和上 a步階因S❸幂次值控制上述第=運算器之移位暫存器， j述接收之頻率域信號的符號控制上述第二運算器之加減 法器，產生預估的迴波通道頻率響應之更新項信號； 一加法器，由上述預估的迴波通道頻率響應係數加上 預估的迴波通道頻率響應之更新項信號，產生下一次第一 0702-6325TW ； 90P54 ； rliu.ptd 第15頁 558890 六、申請專利範圍 - ” 一心機存取記憶體，用以儲存上述預估的目標通道信 號頻率響應係數和上述下一次第一運算器所接收之預估^ 目標通道信號頻率響應係數。 5· —頻率域移除遠端信號方法，其中包含下列步驟· a·啟動目標通道訓練模式，設定預估的目標通道頻 響應係數的初始值； b·產生頻率域擬亂數下傳碼信號； c·取出上述頻率域擬亂數下傳碼信號相對應的符號； d·由一第一運算器的移位暫存器接收預估的目標通道 頻率響，係數，上述擬亂數下傳頻率域信號的符號控制一 第一運算器的加減法器，產生頻率域目標通道合成信號； e•由已消除迴波通道的頻率域信號減去上述頻率域目 標通道合成信號，產生遠端誤差信號； ” f•由一第二運算器的移位暫存器接收上述遠端誤差信 號，由一步階因數之幂次值控制上述第二運算器的移位暫° 存器，上述頻率域擬亂數下傳碼信號之符號控制第二運算 器的加減法器，產生預估的目標通道頻率響應之更新項作 號； " g·上述預估的目標通道頻率響應係數加上述預估的目 標通道頻率響應之更新項信號，產生下一次第一運算器所_ 接收之預估的目標通道頻率響應係數； h·若目標通道訓練模式未結束則回到步驟b;否則停止 更新預估的目標通道頻率響應係數。